Chandra encuentra pruebas de un posible planeta en otra galaxia

Imagen compuesta de M51 con rayos X de Chandra y luz óptica del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, contiene un recuadro que marca la ubicación del posible planeta candidato.
Créditos: Rayos X: NASA/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.; Óptico: NASA/ESA/STScI/Grendler.

Es posible que se hayan detectado, por primera vez, signos de un planeta en tránsito a una estrella fuera de la Vía Láctea. Este resultado intrigante, utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, abre una nueva ventana para buscar exoplanetas a mayores distancias que nunca antes.

El posible candidato a exoplaneta se encuentra en la galaxia espiral Messier 51 (M51), también llamada Galaxia Whirlpool debido a su perfil distintivo.

Los exoplanetas se definen como planetas ubicados fuera de nuestro sistema solar. Hasta ahora, los astrónomos han encontrado los exoplanetas conocidos y candidatos a exoplanetas ,en la galaxia de la Vía Láctea, casi todos a menos de unos 3.000 años luz de la Tierra. Un exoplaneta en M51 estaría a unos 28 millones de años luz de distancia, lo que significa que estaría miles de veces más lejos que los de la Vía Láctea.

“Estamos tratando de abrir un campo completamente nuevo para encontrar otros planetas mediante la búsqueda de candidatos a planetas en longitudes de onda de rayos X, una estrategia que hace posible descubrirlos en otras galaxias”, dijo Rosanne Di Stefano, del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) en Cambridge, Massachusetts, quien dirigió el estudio, que se ha publicado en Nature Astronomy.

Este nuevo resultado se basa en tránsitos, eventos en los que el paso de un planeta frente a una estrella, bloquea parte de la luz que recibimos de la estrella y produce una caída característica en el brillo. Los astrónomos que utilizan telescopios terrestres y espaciales, como los de las misiones Kepler y TESS de la NASA, han buscado estas caídas en luz óptica (el tipo de radiación electromagnética que los humanos podemos detectar con nuestros ojos), lo que ha  permitido el descubrimiento de miles de planetas.

Di Stefano y sus colegas, en cambio, han buscado caídas en el brillo de los rayos X recibidos de sistemas binarios que emiten fuertemente en rayos X. Estos sistemas luminosos suelen contener una estrella de neutrones o un agujero negro que extrae gas de una estrella compañera que orbita de cerca. El material cercano a la estrella de neutrones o al agujero negro se sobrecalienta y emite en rayos X.

Debido a que la región que produce rayos X brillantes es pequeña, un planeta que pase frente a ella podría bloquear la mayoría o la totalidad de los rayos X, haciendo que el tránsito sea más fácil de detectar porque los rayos X pueden desaparecer por completo. Esto podría permitir la detección de exoplanetas a distancias mucho mayores que los estudios de tránsito en luz óptica actuales, que deben poder detectar pequeñas disminuciones de luz porque el planeta solo bloquea una pequeña fracción de la emisión de la estrella.

El equipo utilizó este método para detectar el candidato a exoplaneta en un sistema binario llamado M51-ULS-1, ubicado en M51. Este sistema binario contiene un agujero negro o una estrella de neutrones, que orbita una estrella compañera con una masa aproximadamente 20 veces mayor que la del Sol. El tránsito en rayos X que encontraron usando los datos de Chandra, duró aproximadamente tres horas, durante las cuales la emisión de rayos X disminuyó a cero. En base en este y otros datos, los investigadores estiman que el exoplaneta candidato en M51-ULS-1 será aproximadamente del tamaño de Saturno y orbita la estrella de neutrones o el agujero negro a aproximadamente el doble de la distancia de Saturno al Sol.

Si bien este es un estudio tentador, se necesitan más datos para verificar la interpretación del objeto como un exoplaneta extragaláctico. Un reto añadido es que debido a que la órbita del planeta candidato es muy grande, el planeta no volverá a cruzar frente a su socio binario en unos 70 años, frustrando cualquier intento de una observación confirmatoria durante décadas.

“Desafortunadamente, para confirmar que estamos viendo un planeta, probablemente tendríamos que esperar décadas para ver otro tránsito”, dijo la coautora Nia Imara de la Universidad de California, en Santa Cruz. “Y debido a las incertidumbres sobre cuánto tiempo tarda en orbitar, no sabríamos exactamente cuándo mirar”.

¿Es posible que la atenuación se deba a una nube de gas y polvo que pasa frente a la fuente de rayos X? Los investigadores lo consideran poco probable, ya que las características del evento observado en M51-ULS-1 no son consistentes con el paso de tal nube. Sin embargo, el modelo de un candidato a planeta es coherente con los datos.

“Sabemos que estamos haciendo una afirmación emocionante y audaz, por lo que esperamos que otros astrónomos la examinen con mucha atención”, dijo la coautora Julia Berndtsson, de la Universidad de Princeton, en Nueva Jersey. “Creemos que tenemos un argumento sólido, y este es el proceso de funcionamiento de la ciencia”.

Si existe un planeta en este sistema, es probable que haya tenido una historia tumultuosa y un pasado violento. Un exoplaneta del sistema habría tenido que sobrevivir a una explosión de supernova que creó la estrella de neutrones o el agujero negro. El futuro también puede ser peligroso. En algún momento, la estrella compañera también podría explotar como una supernova y hacer estallar el planeta una vez más con niveles extremadamente altos de radiación.

Di Stefano y sus colegas buscaron tránsitos de rayos X en tres galaxias más allá de la Vía Láctea, utilizando tanto Chandra como el XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea. Su búsqueda cubrió 55 sistemas en M51, 64 sistemas en Messier 101 (la galaxia “Pinwheel”) y 119 sistemas en Messier 104 (la galaxia “Sombrero”), dando como resultado el único candidato a exoplaneta aquí descrito.

Los autores buscarán en los archivos de Chandra y XMM-Newton, más candidatos a exoplanetas en otras galaxias. Están disponibles importantes conjuntos de datos de Chandra para al menos 20 galaxias, incluidas algunas como M31 y M33 que están mucho más cerca que M51, lo que permite detectar tránsitos más cortos. Otra interesante línea de investigación es la búsqueda de tránsitos de rayos X en fuentes de rayos X de la Vía Láctea para descubrir nuevos planetas cercanos en entornos inusuales.

Los otros autores de este artículo de Nature Astronomy son Ryan Urquhart (Universidad Estatal de Michigan), Roberto Soria (Universidad de la Academia de Ciencias de China), Vinay Kashap (CfA) y Theron Carmichael (CfA). El Marshall Space Flight Center de la NASA administra el programa Chandra. El Smithsonian Astrophysical Observatory’s Chandra X-ray Center gestiona la ciencia desde Cambridge, Massachusetts y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.